大型噴射混凝土機械手濕噴工藝施工工法

1、大型噴射混凝土機械手濕噴工藝施工工法中國中鐵四局集團(tuán)第二工程有限公司1. 前言近年來，濕噴工藝取代了原干噴工藝，成為公路、鐵路、水工隧道施工主要噴射工藝。國內(nèi)現(xiàn)有的濕噴設(shè)備，大多結(jié)構(gòu)簡單、功能單一、生產(chǎn)效率低，施工時需要人工手持噴槍進(jìn)行噴射，工人勞動強度大，骨料的反彈及噴射產(chǎn)生的粉塵對施噴人員健康有極大的危害,且混凝土的噴射質(zhì)量主要依賴于工人的技術(shù)水平，隨意性大，混凝土的回彈率高達(dá)30-40%，造成比較大的浪費。隨著人員工費上漲和機械化程度的不斷提高，選擇噴射速度快、機械化程度高、回彈率低的大型噴射混凝土機械手將成為公路、鐵路、水工隧道施工發(fā)展的必然。吉圖琿香水隧道位于吉林省蛟河市境內(nèi)，全長4

2、560m，隧道圍巖以、IV級為主,設(shè)計噴射混凝土14800m³，施工中采用大型噴射混凝土機械手進(jìn)行施工，顯著改善了噴射混凝土質(zhì)量，提高了工效，減少了回彈量，取得了較好的效果。經(jīng)總結(jié)施工經(jīng)驗形成該工法。2. 工法特點2.1 施工速度快，每小時噴射混凝土量可達(dá)到1025m³。2.2 噴射混凝土附著力較好、密實度較高，工藝可控性高、強度較傳統(tǒng)干噴混凝土高出20%左右，噴射混凝土表面平順性較干噴好。2.3 機械化程度高，操作人員較少，操作人員勞動強度低。2.4 作業(yè)范圍大，最大噴射寬度可達(dá)30m，最大噴射高度可達(dá)17m。2.5 噴射回彈率低，回彈率可控制在15%以內(nèi)。2.6 作業(yè)環(huán)

3、境較好，也較安全。3. 適用范圍本工法適用于鐵路、公路及水工隧道噴射混凝土施工。4. 工藝原理大型噴射混凝土機械手工作原理是將水泥、骨料、水和外加劑等按設(shè)計配合比經(jīng)強制式攪拌機攪拌均勻后，利用混凝土運輸罐車運送至噴射地點加入噴射機，通過噴射機泵將稠密流料泵送至噴頭處，與電腦全自動配比摻量控制的液體速凝劑混合，再用高壓空氣進(jìn)行噴射的一種方法。大型噴射混凝土機械手工作基本原理見圖4.1。圖4.1 大型噴射混凝土機械手工作基本原理5. 施工工藝流程及操作要點5.1工藝流程大型噴射混凝土機械手濕噴工藝流程見圖5.1。 施工準(zhǔn)備原材料進(jìn)場檢驗 受噴面處理 選定混凝土配合比 埋設(shè)噴層厚度標(biāo)釘 混凝土 噴射

4、機械手就位 合格自動計量攪拌混凝土連通電源，開機調(diào)試清洗、保養(yǎng)噴射機械手 混凝土運輸車運輸 初噴混凝土 加入液體速凝劑施作錨桿、鋼架（如果有）、掛鋼筋網(wǎng)補噴，調(diào)整配合比 復(fù)噴混凝土作業(yè) 質(zhì)量檢查 不合格 合格機械手退出，結(jié)束圖5.1 大型噴射混凝土機械手濕噴工藝流程5.2操作要點5.2.1機械手濕噴C25混凝土推薦配合比1、配合比設(shè)計技術(shù)規(guī)范 根據(jù)TB10424-2010鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，噴射混凝土水膠比不大于0.50，膠凝材料用量不小于400kg/m3，粗骨料最大料徑不大于16mm，細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)應(yīng)大于2.5。2、原材料的選用 1）水泥：PO42.5普通硅酸鹽水泥； 2）細(xì)

5、骨料：天然河砂、細(xì)度模數(shù)2.9，石粉含量2.4%，泥塊含量0.1%； 3）粗骨料：510mm碎石，連續(xù)級配，含泥量0.7%，泥塊含量0.1%； 4）速凝劑：ZB-6型液體速凝劑，摻量為凝膠材料的4%； 5）減水劑：RAWY101型，聚羧酸系高性能減水劑，摻量為凝膠材料的0.5%； 6）水：飲用水。3、基準(zhǔn)配合比計算配制強度：fcu，o=25+1.645×5.0=33.2(MPa)水膠比：w/c=0.45用水量:W=207L（根據(jù)前期坍落度調(diào)試后取值）膠凝材料用量：C=207/0.45 = 460 (kg/m³)速凝劑用量：460×4%=18.4 (kg/m

6、9;)減水劑用量：460×0.5%=2.3(kg/m³)砂率選用: SP=50%（根據(jù)前期混凝土和易性調(diào)試后取值）混凝土容重：取2400 (kg/m³)細(xì)集料用量：S=（2400-207-460-18.4-2.3）×50%=856(kg/m³)粗集料用量：G=2400-207-460-18.4-2.3-856=856(kg/m³)4、試拌調(diào)整，確定理論配合比在計算配合比的基礎(chǔ)上進(jìn)行試拌，試拌后進(jìn)行噴射實驗，經(jīng)過多次調(diào)整，確定基準(zhǔn)配合比見表5.2。表5.2噴射混凝土基準(zhǔn)配合比項目水泥（kg）粗骨料（kg）細(xì)骨料（kg）速凝劑（kg）減水

7、劑（kg）水（L）用量460701100918.44.6207 按此配合比進(jìn)行拌制，混凝土坍落度為170mm，混凝土粘聚性良好，混凝土拌合物性能符合施工要求。對試拌確定的配合比進(jìn)行三個不同水膠比的28d強度試驗驗證，所選配合比能滿足設(shè)計及施工要求，且經(jīng)濟性合理，確定為理論配合比。5.2.2 大型噴射混凝土機械手濕噴工藝操作要點機械手濕噴混凝土作業(yè)時，骨料最大粒徑、混凝土的和易性、風(fēng)壓大小、巖面整潔度、速凝劑摻量、一次噴射厚度、操作手經(jīng)驗水平、噴射距離、角度、噴射順序、噴頭移動等對噴射混凝土質(zhì)量、回彈都有很大影響。1、噴射順序 噴射應(yīng)先墻后拱，從下至上、以S曲線移動進(jìn)行噴射。隧道從兩側(cè)邊墻底部開

8、始噴射，噴射到拱頂中心線位置閉合，完成一環(huán)噴射混凝土的一次試噴。2、噴射角度噴射時，噴頭應(yīng)保持與受噴面垂直。噴射交角過小將增加混凝土的回彈率，降低噴射密實度；垂直于巖面噴射時，連續(xù)的混凝土“稀薄流”對反彈物有二次嵌入作用，可以降低回彈率，增加一次噴射厚度。3、噴射距離 由于濕噴要求的風(fēng)壓較大，如果噴頭距受噴面太近，高壓風(fēng)會將剛“附著”在受噴面上的混凝土吹掉，使混凝土的回彈量增大。噴頭距巖面的距離宜為0.81.2m。4、噴射混凝土作業(yè)噴射混凝土回彈在剛噴射時最大，當(dāng)巖面噴厚達(dá)到23cm 后，回彈最小，且穩(wěn)定，當(dāng)噴射到附著在巖面的混凝土滑落、流淌時，一次噴厚達(dá)到最大，此時不能再繼續(xù)噴射，應(yīng)等噴射混

9、凝土初凝后方能進(jìn)行復(fù)噴。噴射時首先伸展機械手大臂調(diào)整噴頭在邊墻底部施噴位置，使用機械手小臂自動平行功能調(diào)整小臂與地面水平，與隧道邊墻平行，調(diào)整噴頭距離、角度，完成上述工作后可開始噴射，噴射中盡量不要再調(diào)整噴頭距離、角度及機械手大臂，僅需使用自動伸縮功能控制噴頭在小臂上自動伸縮，即從一端緩慢運行到另一端來回23 次可完成一遍噴射；然后伸展大臂30cm 左右(在拱部根據(jù)隧道輪廓小臂做適當(dāng)翻轉(zhuǎn))，大臂做垂直、水平移動，確保噴頭與巖面的角度和距離，按上述順序噴射下一部位，如此循環(huán)完成需噴混凝土的噴面。5、堵管處理噴射施工中極少發(fā)生堵管，若發(fā)生時應(yīng)立即關(guān)閉機械手及計量泵，關(guān)掉輸送風(fēng)，拍打軟管，并倒掉管內(nèi)

10、存留混凝土，堵管處理完成后應(yīng)先加水噴射洗管，確保管路暢通無誤后才能進(jìn)行再次噴射施工。6、混凝土坍落度要求骨料最大粒徑應(yīng)小于16mm，否則會因阻力過大無法順利噴出而沖掉噴嘴處塑料噴頭而短時中止施噴，影響工效；混凝土坍落度宜為1018cm。7、工作風(fēng)壓、風(fēng)量工作風(fēng)壓宜為0.20.4MPa，工作風(fēng)壓的選擇與混凝土的和易性有關(guān)，和易性越好，工作風(fēng)壓較小，反之偏大。風(fēng)壓調(diào)整應(yīng)根據(jù)工作面距離，合理選用機械手的輸送管直徑，確保得到合適的混凝土出口速度，實際施工中應(yīng)根據(jù)混凝土和易性、風(fēng)壓穩(wěn)定性影響進(jìn)行調(diào)整，以保證噴射混凝土在噴射口形成連續(xù)噴射、無流淌、并使得噴射混凝土能以合適速度垂直射向受噴面。8、巖面整潔度

11、對于較臟巖面，先用高壓風(fēng)或水清洗受噴面，提高混凝土與巖面的黏結(jié)力以達(dá)到噴射最佳效果。欠挖超標(biāo)過多的先行局部處理。對于滲水巖面，一般情況下濕噴可以將滲水封住，對于滲水較嚴(yán)重，形成水流時就需要打排水孔、掛防水板，然后進(jìn)行噴護(hù)作業(yè)。9、噴射層厚度一次噴射層太厚，在自重作用下，噴層會出現(xiàn)錯裂甚至引起坍落:太薄時大部分粗集料會回彈，噴層僅留砂漿，將影響噴射效果和質(zhì)量。10、速凝劑摻量摻量過大導(dǎo)致回彈增大，混凝土噴層密實性變差；摻量過小導(dǎo)致噴層流淌下墜形成微裂紋或掉塊。因此須在進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)時嚴(yán)格控制其摻量，以達(dá)到質(zhì)量控制和節(jié)省成本的目的。一般拱部部分速凝劑摻量較邊墻部分稍大，且噴射速度也相應(yīng)較慢。1

12、1、維修、保養(yǎng)噴射結(jié)束后，應(yīng)將機械手開至洞外或不影響正常施工的其他地點，按操作堆積對機器進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)。因機械手的維修難度和費用較高，因此機械手的日常維護(hù)保養(yǎng)工作顯得十分的重要。5.2.3 勞動組織勞動力組織見表5.2.3。表5.2.3 主要人員組織表序號工種人數(shù)工作內(nèi)容/職責(zé)備注1現(xiàn)場負(fù)責(zé)人1現(xiàn)場指揮、協(xié)調(diào)2安全員1負(fù)責(zé)施工中的安全防護(hù)3質(zhì)檢員1負(fù)責(zé)質(zhì)量監(jiān)控檢查4技術(shù)員2負(fù)責(zé)技術(shù)指導(dǎo)、技術(shù)交底、測量放線5試驗員1負(fù)責(zé)現(xiàn)場混凝土等6領(lǐng)工員2現(xiàn)場施工組織、控制7設(shè)備操作手1操作8輔助工2指揮罐車倒料，控制放料速度9修理工1噴射混凝土機械手日常維修保養(yǎng)10電工1負(fù)責(zé)現(xiàn)場電力設(shè)施維護(hù)等6. 材料與設(shè)

13、備本工法主要機具設(shè)備見表6。表6 主要機具設(shè)備表序號設(shè)備名稱單位數(shù)量備注1強制式攪拌機臺（套）2負(fù)責(zé)供應(yīng)所需濕噴混凝土2罐車臺3運送混凝土3混凝土噴射機臺1挪曼爾特7110WPC混凝土噴射機4供水設(shè)備套6用以清洗機械手混凝土輸送管及軟管5坍落度筒個1用以測試噴射混凝土坍落度7. 質(zhì)量措施7.1 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn) 為確保濕噴混凝土厚度、均勻性、平順性、強度達(dá)到設(shè)計要求，必須嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙施工，執(zhí)行現(xiàn)行的錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范（GB50086-2001）、TB10424-2010鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)及其他相關(guān)規(guī)定。7.2 質(zhì)量控制措施影響噴層質(zhì)量的主要因素有混凝土拌合物工作度、設(shè)備性能

14、、操作手水平、速凝劑摻量、材料及混凝土配合比等。7.2.1采用分層噴射、“動大臂、移小臂”的操作要點，確保移動噴射點由點到線再到面保證噴射混凝土的平整度。7.2.2優(yōu)化配合比，選擇高質(zhì)穩(wěn)定的速凝劑，嚴(yán)格控制水膠比和速凝劑摻量，確保混凝土強度。7.2.3采用預(yù)埋鋼筋、分層噴射來保證噴射混凝土厚度。7.2.4噴射前應(yīng)先對巖面進(jìn)行處理，軟巖采用高壓風(fēng)吹洗、硬巖可采用水洗，以提高噴射混凝土與巖面黏結(jié)強度。7.2.5噴射過程中嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行，調(diào)整噴頭至巖面的角度和距離、工作風(fēng)壓、速凝劑摻量等工藝參數(shù)至最佳狀態(tài)，降低噴射回彈率。7.2.6一次試噴完成后，應(yīng)間隙510分鐘才能復(fù)噴，防止混凝土自重較大未初

15、凝而掉塊。7.2.7挑選責(zé)任心強、有一定工作經(jīng)驗的施工人員成立專業(yè)班組，通過對專業(yè)班組的實戰(zhàn)培訓(xùn)以及廠家現(xiàn)場跟蹤指導(dǎo)，快速有效的提高機械手噴射技術(shù)。7.2.8進(jìn)入工地的主要材料嚴(yán)格按規(guī)定和設(shè)計要求把關(guān)，所有進(jìn)場材料須有出廠合格證和必要的檢驗報告。對進(jìn)場料、設(shè)備尤其是速凝劑的質(zhì)量嚴(yán)格按技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗。7.2.9嚴(yán)格按配合比施工，控制好水灰比，控制好各種外加劑尤其是速凝劑的摻量。8. 安全措施8.1施工中嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行操作。8.2注意按周期進(jìn)行設(shè)備維護(hù)、保養(yǎng)。8.3施工中注意電、風(fēng)、液體速凝劑連接檢查及出現(xiàn)問題的緊急處理。8.4設(shè)備僅準(zhǔn)許培訓(xùn)過的操作工人操作，其他參與噴射施工的工人不能動

16、設(shè)備按鈕。8.5設(shè)備行走中應(yīng)注意安全，在設(shè)計允許坡度、速度范圍行走。8.6速凝劑操作過程中應(yīng)注意防止速凝劑泄漏腐蝕。8.7機械手操作員應(yīng)佩戴頭部防護(hù)裝置，防止混凝土回彈傷人。8.8濕噴機械手進(jìn)行噴混凝土作業(yè)時，施工人員應(yīng)站在已經(jīng)初期支護(hù)完成的安全位置，機器本身也應(yīng)停在初期支護(hù)完成的部位，操作人員通過機械臂伸縮到掌子面進(jìn)行噴射作業(yè)。9. 環(huán)保節(jié)能措施9.1成立以項目經(jīng)理為組長的環(huán)保、文明施工領(lǐng)導(dǎo)小組，對施工現(xiàn)場的環(huán)境保護(hù)和文明施工進(jìn)行監(jiān)督、指導(dǎo)、檢查。9.2隧道內(nèi)應(yīng)加強通風(fēng)和照明，在有粉塵的作業(yè)環(huán)境中作業(yè)，除灑水和通風(fēng)外，作業(yè)人員還必須配備勞保防護(hù)用品。9.3加強設(shè)備養(yǎng)護(hù)，減少設(shè)備漏油施工機械的

17、廢油廢水，采用隔油池等有效措施加以處理，不得超標(biāo)排放。9.4 隧道內(nèi)施工污水必須經(jīng)治理凈化處理后排放，不得直接排入河道，做好排水系統(tǒng)，保證排水通暢。9.5施工現(xiàn)場應(yīng)盡量減小噪音，施工人員按指定地點和時間活動，盡量不影響周圍居民的正常工作和生活。9.6施工現(xiàn)場機械設(shè)備更換的零、配件應(yīng)及時回收；廢油、廢水等進(jìn)行回收處理，不得隨意亂倒。10經(jīng)濟效益分析在噴射混凝土回彈率方面，如采用傳統(tǒng)小型干噴機作業(yè)，噴射混凝土回彈率超過30%，而使用大型噴射混凝土機械手施工，噴射混凝土回彈率小于15%，噴射混凝土回彈率可大大降低。在人員配置方面，使用耿力干噴機進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)時，1臺干噴機需配備5名作業(yè)人員（包括

18、上料人員，添加速凝劑人員，噴槍操作人員及輔助人員），一般需配備3臺才能滿足施工作業(yè)，作業(yè)人員需約15人，而使用噴射機械手時僅需要4名作業(yè)人員（設(shè)備操作手1人，輔助工2人，修理工1人）即可控制整個施工過程?？梢怨?jié)省11名勞動力。在施工效率方面，三臺耿力干噴機在實際應(yīng)用中其噴射混凝土量約為8.5 m³/h，一臺大型噴射混凝土機械手噴射混凝土量超過10.5 m³/h，生產(chǎn)效率是三臺耿力干噴機的1.2倍。在職業(yè)健康保障方面，傳統(tǒng)干噴作業(yè)中，粉塵濃度普遍在80 mg/m³以上，有的高達(dá)100 mg/m³，遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的2mg/m³，工作環(huán)境極差。使用機械手進(jìn)行噴混凝土作業(yè)時，粉塵很少，噪音小，作業(yè)人員可站在距噴射面510m的位置遙控操作，工作環(huán)境較為舒適，通過佩戴防塵裝置，可基本避免對作業(yè)人員身體健康的損傷，減小對企業(yè)形成的潛在風(fēng)險。 經(jīng)過對比測算，采用大型噴射混凝土機械手濕噴技術(shù)進(jìn)行噴射混凝土施工（以Spraymec 7110 WPC濕噴機械手為例），與傳統(tǒng)小型噴射機（以耿力干噴機為例）相比，每噴射1m³混凝土可節(jié)省費用約153.63元。11. 應(yīng)用實例新建吉林至琿春段鐵路客運專線JHS標(biāo)段香水隧道，全長4560m，其中級圍巖長2310m，